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专利号: 2017104712583
申请人: 常州市永达五金工具厂
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 晶体生长〔3〕
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.制备单晶硅生长用组合式石英坩埚的方法,包括以下步骤:

①坩埚外埚体(1)的制备:第一步,使预制的钢模以60至80转/分钟的速度进行转动,然后把石英粉倒入钢模内,钢模转动过程中用刮板把石英粉均匀地刮到模具内壁;由于模具转动,石英粉由于离心力的作用会附着在模具内壁上形成石英粉层;

第二步,用刮板控制石英粉层的结构和预设的坩埚外埚体(1)的结构相同;当钢模内壁附着的石英粉层的厚度达到15mm至60mm时而使得坯体基本成形,从而得到外埚体毛坯;

第二步或者是,用刮板控制石英粉层的形状和预设坩埚外埚体(1)的形状相同;当钢模内壁附着的石英粉层厚度达到15mm至60mm时而使得坯体基本成形,再用刮板在坯体的锅底部的内侧壁的顶部边沿下方刮出承载部(13);

第三步,将附有外埚体毛坯的钢模推入高温炉,用电弧加温方式对外埚体毛坯进行加热烧结,烧结温度不低于1750℃;烧结好后拉出钢模并停止转动,此时的外埚体毛坯已经成为坩埚外埚体(1);待冷却至室温后取出钢模内烧结好坩埚外埚体(1),至此坩埚外埚体(1)制作完成;

②碳纤维烧结筒(21)的制备:由碳纤维编织成圆筒状织物后,再在真空状态下烧结,烧结温度不低于2800℃,经自然冷却后,再在烧结后的圆筒状织物上通过机械打孔和修整,而得到具有液流孔(21-1)和石英孔(21-2)的碳纤维烧结筒(21);

③坩埚内筒体(2)的制备:第一步,使预制的用于制备坩埚内筒体(2)的钢模以60至80转/分钟的速度进行转动,然后倒入石英粉;钢模转动使得石英粉通过离心作用附着在模具的内壁上,在钢模的转动中再用刮板将附着在模具内侧壁上的石英粉进行均匀性的压刮,从而形成5mm至30mm厚的石英粉外层;将预制好的碳纤维烧结筒(21)以倒置方式放入预制的用于制备坩埚内筒体的钢模中,也即使碳纤维烧结筒(21)的底部朝向上方,并使碳纤维烧结筒(21)的外表面与石英粉外层的内表面相贴;放置好碳纤维烧结筒(21)后,继续向转动的钢模内添加石英粉,再用刮板把石英粉均匀地刮到碳纤维烧结筒(21)的内表面和底部表面上,以及刮到碳纤维烧结筒(21)的石英孔(21-2)和液流孔(21-1)中;钢模转动使得石英粉通过离心作用附着在碳纤维烧结筒(21)的内壁上,同时部分石英粉在离心力的作用下穿过碳纤维烧结筒(21)的液流孔(21-1)和石英孔(21-2)并填充于碳纤维烧结筒(21)的外表面与石英粉外层的内表面之间的间隙;当碳纤维烧结筒(21)的内、外及底部表面均附着5mm至30mm厚的石英粉层,且石英粉充满碳纤维烧结筒(21)的外表面与石英粉外层的内表面之间的间隙及碳纤维烧结筒(21)的各个石英孔(21-2)和液流孔(21-1)后,则在钢模内形成了内筒体坯体;然后将附有该内筒体坯体的转动的钢模推入高温炉;

第一步或者是,首先将制备好的碳纤维烧结筒(21)以倒置方式放置于预制的用于制备坩埚内筒体的钢模的球面状底部的内侧壁上,也即使碳纤维烧结筒的底部朝向上方,并使碳纤维烧结筒(21)的外侧表面与预制钢模的内表面间隔5mm至30mm距离;然后使预制钢模以60至80转/分钟的速度进行转动,再倒入石英粉;钢模转动过程中,用刮板将石英粉刮至碳纤维烧结筒的内侧壁上;钢模转动使得碳纤维烧结筒的内侧壁上的石英粉通过离心作用穿过石英孔(21-2)和液流孔(21-1)并填充于碳纤维烧结筒(21)的外侧表面与预制钢模内侧表面之间的区域;待石英粉填充满碳纤维烧结筒(21)的外侧表面与预制钢模内侧表面之间的区域及碳纤维烧结筒(21)的各个石英孔(21-2)和液流孔(21-1)后,再次倒入石英粉,并用刮板将石英粉刮至碳纤维烧结筒的内侧壁和底部表面上,待碳纤维烧结筒(21)的内侧壁和底部表面附着5mm至30mm厚的石英粉层后,则在预制钢模内形成了内筒体坯体;然后将附有该内筒体坯体的转动的钢模推入高温炉;

第二步,用电弧加温方式对形成内筒体坯体的石英粉进行加热烧结,烧结温度为不低于1750℃;烧结好后拉出钢模并停止转动,待冷却到室温后即得到复合坯体;

第三步,取出制备好的复合坯体并在高度上对复合坯体的底部进行切割,切割的尺寸和位置与碳纤维烧结筒(21)的尺寸相对应,且切割后留下2至5mm厚的石英底部,并且复合坯体底部表面和顶部表面均为圆环形平面;

第四步,在复合坯体的距离碳纤维烧结筒(21)底部的设置液流孔(21-1)的各个部位打出与液流孔(21-1)具有同轴线且孔径为液流孔(21-1)孔径的80%至90%的物料通过孔(26)孔,至此制成坩埚内筒体(2);

④将制备好的坩埚内筒体(2)置于坩埚外埚体(1)内,并将靠近物料通过孔(26)的坩埚内筒体(2)的底部置于坩埚外埚体(1)的埚底部(12)的内侧壁上或置于位于埚底部(12)的顶部边沿下方的内侧壁上的承载部(13)上,并最终制成单晶硅生长用组合式石英坩埚;所述组合式石英坩埚,包括开口向上的坩埚外埚体(1);坩埚外埚体(1)为石英烧结一体件;其特征在于:还包括坩埚内筒体(2);所述坩埚外埚体(1)包括外筒部(11)和埚底部(12);所述外筒部(11)的底部与埚底部(12)的顶部相互连接;

所述坩埚内筒体(2)是上下贯通的筒体,由碳纤维烧结筒(21)和围绕碳纤维烧结筒(21)设置的石英烧结材料构成;所述碳纤维烧结筒(21)是由碳纤维编织并烧结而成的上下贯通的筒状烧结物;碳纤维烧结筒(21)的侧壁上设有至少2个液流孔(21-1)和多个呈分散状分布的石英孔(21-2);所述的石英烧结材料为覆盖在碳纤维烧结筒(21)上的由石英粉经烧结而成的连为一体的石英一体件,该石英一体件不仅覆盖在坩埚内筒体(2)的内外侧和下侧的表面上,还充满于各个石英孔(21-2)中,而且还覆盖在各个液流孔(21-1)的孔壁上;所述的坩埚内筒体(2)的在其碳纤维烧结筒(21)的各个液流孔(21-1)的孔壁上覆盖石英烧结材料的部位,形成了坩埚内筒体(2)的贯穿其侧壁的物料通过孔(26),且所述的物料通过孔(26)数量与液流孔(21-1)的数量相同;

使用时,所述坩埚内筒体(2)置于坩埚外埚体(1)的埚底部(12)的内侧壁上,并且所述坩埚内筒体(2)的外侧壁与外筒部(11)的内侧壁间隔距离,从而将坩埚外埚体(1)分成晶体生长区和投料化料区两个区域。